Bacteriën Kunnen Worden Geprogrammeerd Om Structuren Uit Gouddeeltjes Te Assembleren

{h1}

Bacteriekolonies geprogrammeerd met synthetische genen kunnen microscopische gouddeeltjes samenvoegen tot bruikbare apparaten zoals sensoren.

Bacteriële kolonies geprogrammeerd met synthetische genen kunnen microscopische gouddeeltjes samenvoegen tot bruikbare apparaten zoals sensoren, ontdekte een nieuwe studie.

Dit werk is het bewijs "van het vermogen om een ​​functioneel apparaat te laten groeien vanuit een enkele cel", zegt senior-onderzoeker Lingchong You, een synthetische bioloog aan de Duke University in Durham, North Carolina. "Dit proces is analoog aan het programmeren van een cel om een ​​hele boom te laten groeien."

De natuur zit vol met voorbeelden waarin levende wezens structuren creëren door organische en anorganische materialen te combineren. Weekdieren groeien bijvoorbeeld in schelpen en mensen laten botten groeien door op calcium gebaseerde moleculen te weven met organische componenten. [Magnificent Microphotography: 50 Tiny Wonders]

Het vermogen om bacteriën te gebruiken om apparaten te fabriceren, kan veel voordelen hebben ten opzichte van de huidige productieprocessen, zei u en zijn collega's. Biologische fabricage maakt bijvoorbeeld heel efficiënt gebruik van grondstoffen en energie en is doorgaans milieuvriendelijk, zeiden ze.

Eerder onderzoek heeft met succes bacteriën gebruikt om apparaten te assembleren waarin metalen onderdelen en andere anorganische onderdelen zijn verwerkt. In een onderzoek uit 2014 in het tijdschrift Nature Materials weefden wetenschappers van het MIT en hun collega's bacteriën en anorganische componenten, zoals gouddeeltjes en microscopisch kleine kristallen, in hybride materialen die licht konden uitstralen of elektriciteit konden geleiden.

In die studie van 2014 hadden de bacteriën echter nog steeds buiten nodig om te coaxeren om structuren te assembleren. Nu hebben wetenschappers een manier bedacht om bacteriën genetisch te programmeren, zodat ze zelf apparaten maken.

De onderzoekers van de nieuwe studie hebben een reeks synthetische genen erin verwerkt E coli, een microbe die veel voorkomt in de darm van de mens. Deze genen werkten samen een beetje zoals de componenten van een elektronisch circuit om een ​​reeks biologische instructies uit te voeren.

Een demonstratie van de druksensor die door bacteriën in actie is gebouwd als onderzoeker, tikt een aantal Morse-codes uit.

Een demonstratie van de druksensor die door bacteriën in actie is gebouwd als onderzoeker, tikt een aantal Morse-codes uit.

Krediet: Will (Yangxiaolu) Cao, Kara Manke / Duke University

Kolonies van de bacteriën groeiden uit tot koepelachtige structuren. De onderzoekers konden de grootte en vorm van de kolonies veranderen door de eigenschappen van de poreuze membranen waarop ze groeiden te regelen. Bijvoorbeeld, het veranderen van de poriën of de mate waarin de membranen water afstootten, had invloed op de hoeveelheid voedingsstoffen die de microben kon bereiken en daarmee hun groeipatroon kon veranderen, volgens de studie.

Het gcircuit in de bacterie had ook dat de microben een eiwit genereren dat op specifieke anorganische verbindingen vastliep - in dit geval microscopische gouddeeltjes. Dit zorgde ervoor dat de bacteriën gouden schelpen creëerden ter grootte van een gemiddelde sproet, aldus de onderzoekers.

Deze gouden schelpen kunnen volgens de wetenschappers worden gebruikt als druksensoren. De onderzoekers gebruikten koperdraden om gouden koepels met LED's te verbinden. Toen er druk op een koepel werd uitgeoefend, nam die vervorming zijn elektrische geleidbaarheid toe, waardoor de LED werd aangesloten om een ​​bepaalde hoeveelheid helderder te worden, afhankelijk van de hoeveelheid toegepaste druk.

"Voor mij was het meest verrassende en opwindende deel van het onderzoek dat de druksensor zo goed werkte," zei je. "Toen we voor het eerst met het eenvoudige ontwerp kwamen, dachten we dat de structuren te kwetsbaar zouden zijn, zodat het hele apparaat kon instorten na een enkele duw. Maar het bleek dat de composietstructuren behoorlijk veerkrachtig waren. rondes van persen. "

De onderzoekers benadrukten dat ze mogelijk veel meer dan alleen druksensoren met bacteriën konden produceren. "We zouden biologisch reagerende materialen kunnen gebruiken om levende circuits te creëren", schreef hoofdauteur Will (Yangxiaolu) Cao, een postdoctoraal onderzoeker aan de Duke University, in een verklaring. "Of, als we de bacteriën in leven kunnen houden, kun je je voorstellen materialen te maken die zichzelf kunnen genezen en reageren op veranderingen in het milieu."

De onderzoekers waarschuwden dat de biofabricage door genetisch gemodificeerde cellen nog in de kinderschoenen staat. "Het proces is zeker vervelend en vereist een enorme technische knowhow, en de resulterende druksensor zou omslachtig zijn in vergelijking met in de handel verkrijgbare," zei je.

Maar toch "wat het werk laat zien, is een fundamenteel nieuwe benadering om gestructureerde materialen samen te stellen," zei je. Deze strategie heeft het potentieel om materialen te assembleren die kunnen reageren op meerdere signalen, "zich aan de omgeving aanpassen en zichzelf kunnen genezen, net zoals materialen die door biologische organismen in de natuur worden geassembleerd - bijvoorbeeld tanden en botten."

Toekomstig onderzoek zal gericht zijn op het gebruik van bacteriën om meer diverse structuren te fabriceren, zei je. Heand zijn collega's gedetailleerd hun bevindingen online vandaag (9 oktober) in het tijdschrift Nature Biotechnology.

Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: 182nd Knowledge Seekers Workshop, Thursday, July 27, 2017.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com